熱工基礎(chǔ)報告(共10頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上熱工基礎(chǔ)在工業(yè)中的應(yīng)用姓名： 學號：班級： 目錄一：熱工基礎(chǔ)的發(fā)展歷史31、熱力學發(fā)展古代人類早就學會了取火和用火，不過后來才注意探究熱、冷現(xiàn)象的實質(zhì)。但直到17世紀末，人們還不能正確區(qū)分溫度和熱量這兩個基本概念的本質(zhì)。在當時流行的“熱質(zhì)說”統(tǒng)治下，人們誤認為物體的溫度高是由于儲存的“熱質(zhì)”數(shù)量多。17091714年華氏溫標和17421745年攝氏溫標的建立，才使測溫有了公認的標準。隨后又發(fā)展了量熱技術(shù)，為科學地觀測熱現(xiàn)象提供了測試手段，使熱學走上了近代實驗科學的道路。1798年，朗福德觀察到用鉆頭鉆炮筒時，消耗機械功的結(jié)果使鉆頭和筒身都升溫。1799年，英國人戴維用

2、兩塊冰相互摩擦致使表面融化，這顯然無法由“熱質(zhì)說”得到解釋。1842年，邁爾提出了能量守恒理論，認定熱是能的一種形式，可與機械能互相轉(zhuǎn)化，并且從空氣的定壓比熱容與定容比熱容之差計算出熱功當量。英國物理學家焦耳于1840年建立電熱當量的概念，1842年以后用不同方式實測了熱功當量。1850年，焦耳的實驗結(jié)果已使科學界徹底拋棄了“熱質(zhì)說”。公認能量守恒、能的形式可以互換的熱力學第一定律為客觀的自然規(guī)律。能量單位焦耳就是以他的名字命名的。熱力學的形成與當時的生產(chǎn)實踐迫切要求尋找合理的大型、高效熱機有關(guān)。1824年，法國人卡諾提出著名的卡諾定理，指明工作在給定溫度范圍的熱機所能達到的效率極限，這實質(zhì)上

3、已經(jīng)建立起熱力學第二定律。但受“熱質(zhì)說”的影響，他的證明方法還有錯誤。1848年，英國工程師開爾文根據(jù)卡諾定理制定了熱力學溫標。1850年和1851年，德國的克勞修斯和開爾文先后提出了熱力學第二定律，并在此基礎(chǔ)上重新證明了卡諾定理。18501854年，克勞修斯根據(jù)卡諾定理提出并發(fā)展了熵的概念。熱力學第一定律和第二定律的確認，對于兩類“永動機”的不可能實現(xiàn)作出了科學的最后結(jié)論，正式形成了熱現(xiàn)象的宏觀理論熱力學。同時也形成了“工程熱力學”這門技術(shù)科學，它成為研究熱機工作原理的理論基礎(chǔ)，使內(nèi)燃機、汽輪機、燃氣輪機和噴氣推進機等相繼取得迅速進展。與此同時，在應(yīng)用熱力學理論研究物質(zhì)性質(zhì)的過程中，還發(fā)展了

4、熱力學的數(shù)學理論，找到了反映物質(zhì)各種性質(zhì)的相應(yīng)的熱力學函數(shù)，研究了物質(zhì)在相變、化學反應(yīng)和溶液特性方面所遵循的各種規(guī)律 。1906年，德國的能斯脫在觀察低溫現(xiàn)象和化學反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)熱定理；1912年，這個定理被修改成熱力學第三定律的表述形式。二十世紀初以來，對超高壓、超高溫水蒸汽等物性，和極低溫度的研究不斷獲得新成果。隨著對能源問題的重視，人們對與節(jié)能有關(guān)的復(fù)合循環(huán)、新型的復(fù)合工質(zhì)的研究發(fā)生了很大興趣。2、傳熱學發(fā)展傳熱學作為學科形成于19世紀。在熱對流方面，英國科學家牛頓于1701年在估算燒紅鐵棒的溫度時，提出了被后人稱為牛頓冷卻定律的數(shù)學表達式，不過它并沒有揭示出對流換熱的機理。對流換熱的真正發(fā)

5、展是19世紀末葉以后的事情。1904年德國物理學家普朗特的邊界層理論和1915年努塞爾的因次分析，為從理論和實驗上正確理解和定量研究對流換熱奠定了基礎(chǔ)。1929年，施密特指出了傳質(zhì)與傳熱的類同之處。在熱傳導方面，法國物理學家畢奧于1804年得出的平壁導熱實驗結(jié)果是導熱定律的最早表述。稍后，法國的傅里葉運用數(shù)理方法，更準確地把它表述為后來稱為傅里葉定律的微分形式。熱輻射方面的理論比較復(fù)雜。1860年，基爾霍夫通過人造空腔模擬絕對黑體，論證了在相同溫度下以黑體的輻射率(黑度)為最大，并指出物體的輻射率與同溫度下該物體的吸收率相等，被后人稱為基爾霍夫定律。1878年，斯忒藩由實驗發(fā)現(xiàn)輻射率與絕對溫度

6、四次方成正比的事實，1884年又為玻耳茲曼在理論上所證明，稱為斯忒藩-玻耳茲曼定律，俗稱四次方定律。1900年，普朗克在研究空腔黑體輻射時，得出了普朗克熱輻射定律。這個定律不僅描述了黑體輻射與溫度、頻率的關(guān)系，還論證了維恩提出的黑體能量分布的位移定律。20世紀以前，傳熱學是作為物理熱學的一部分而逐步發(fā)展起來的。20世紀以后，傳熱學作為一門獨立的技術(shù)學科獲得迅速發(fā)展，越來越多地與熱力學、流體力學、燃燒學、電磁學和機械工程學等一些學科相互滲透，形成多相傳熱、非牛頓流體傳熱、燃燒傳熱、等離子體傳熱和數(shù)值計算傳熱等許多重要分支。二、工業(yè)中的應(yīng)用概述 1、傳熱學在傳統(tǒng)工業(yè)機械領(lǐng)域和農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域中的應(yīng)用

7、(1) 在鑄造、焊接、金屬熱處理等常規(guī)機械加工工藝過程中，存在大量的非穩(wěn)態(tài)導熱、移動邊界的固液相變傳熱以及各類對流換熱問題。在精密機械和精密儀器的制造和使用過程中，熱應(yīng)力和熱變形量的預(yù)測、修正及控制也同樣有賴于傳熱原理的指導。 (2) 在各類機械控制方面，即在強電或弱電方面的應(yīng)用，元器件的有效冷卻和設(shè)備的更新?lián)Q代都與強化傳熱研究有關(guān)。例如大型發(fā)電機的轉(zhuǎn)子、定子繞組和定子鐵心的冷卻就是典型的對流傳熱問題。近百年來單機容量從幾萬干瓦擴大到百萬千瓦，很大程度上是靠冷卻技術(shù)的不斷改進得以實現(xiàn)的，從空冷、氫冷發(fā)展到水冷，冷卻技術(shù)的進步顯著提高了電磁負荷強度和材料的利用率。 (3) 農(nóng)業(yè)機械是指在作物種植

8、業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)過程中，以及農(nóng)、畜產(chǎn)品初加工和處理過程中所使用的各種機械。農(nóng)業(yè)機械包括農(nóng)用動力機械、農(nóng)田建設(shè)機械、土壤耕作機械、種植和施肥機械、植物保護機械、農(nóng)田排灌機械、作物收獲機械、農(nóng)產(chǎn)品加工機械、畜牧業(yè)機械和農(nóng)業(yè)運輸機械等。各種機械的研發(fā)設(shè)計都離不開熱工基礎(chǔ)（工程熱力學與傳熱學）這一門學科。 2、在機械高新技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用 (1) 航空航天領(lǐng)域是當今世界上各領(lǐng)域高技術(shù)、新材料研究最集中的體現(xiàn)。其中傳熱學所起的作用功不可沒。據(jù)美國航空和宇宙航行局(NASA)所作的技術(shù)分析，美國航天飛機的技術(shù)關(guān)鍵只有一個半，這半個是大推力的液氫液氧火箭發(fā)動機(其中自然與傳熱有密切的關(guān)系)，而那一個關(guān)鍵則是所謂

9、“熱防護系統(tǒng)”(TPS)，即指以航天飛機外表面的防熱瓦為主的整個熱防護結(jié)構(gòu)。 (2) 生物傳熱學是近年才發(fā)展起來的新興傳熱學科分支。雖然遠末達到完善的程度，卻已經(jīng)顯示出強大的生命力和令人鼓舞的應(yīng)用前景。它是由生物學、臨床醫(yī)學和傳熱學多個學科領(lǐng)域交叉形成的一門新學科，其目的在于通過把傳熱學的基本原理和研究方法、手段引入到生物和醫(yī)學工程領(lǐng)域中，探討物質(zhì)和能量在生物體內(nèi)的傳輸規(guī)律，以便為諸多至今末解開的生物醫(yī)學難題尋求有效的解決方案。在這一領(lǐng)域產(chǎn)生了各種新興的機械，而這些機械的研發(fā)設(shè)計都離不開工程熱力學與傳熱學。 (3) 以化石燃料(煤炭、石油和天然氣)為主構(gòu)成的常規(guī)能源終將耗盡，而且已經(jīng)為期不遠。

10、以太陽能、地熱能、海洋能(包括海洋溫差和波浪能)以及效率更高的發(fā)電方式，如氫燃料電池、磁流體發(fā)電乃至可控核聚變?yōu)榇淼男履茉纯傄鸩阶呦蚯芭_，成為人類的主要消費能源。能源的短缺，促進各種耗能機械朝著節(jié)能或者新能源方向發(fā)展，每一類新能源的發(fā)現(xiàn)都促進某一類機械的出現(xiàn)迅速發(fā)展，而這些新能源機械的出現(xiàn)和發(fā)展都與傳熱學有著密切的聯(lián)系。 (4) 以計算機芯片為代表的微電子元器件發(fā)展迅速，隨著芯片體積微型化，線寬迅速下降，芯片表面的熱流密度已經(jīng)超過l06wm2，因此有“熱障”之說，這對微型化高效冷卻技術(shù)提出了極高的要求。近年用于高端服務(wù)器和桌面工作站的新型空氣冷卻裝置的冷卻能力也已經(jīng)達到l05wm2。 (5

11、) 現(xiàn)代的機械加工工藝已經(jīng)不限于傳統(tǒng)的車、鉗、銑、刨，像激光鉆孔、激光切割這類高熱流、超短時間的新型加工手段已經(jīng)用于石油鉆井管等一些有特殊要求的場合，并取得了良好的技術(shù)和經(jīng)濟效益。這類特殊加工方式所涉及的熱量傳遞問題己不能再用傳統(tǒng)的導熱理論來分析，而必須加入對熱量傳輸速度的考慮，這類問題被稱為“非傅里葉導熱”。這是在機械生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域的又一個里程碑。又如鈦及其合金的加工，由于鈦及其合金陰傳熱率低，在其切削加工過程中，由切屑的塑性變形、切屑與刀具之間的滑動摩擦等產(chǎn)生熱量，不能及時散發(fā)，而集中在刀具刀刃上，造成刀具壽命降低，加工質(zhì)量差等，其實不僅僅是鈦合金，像其他一些新材料都有不同的加工難題。因此正

12、確選用加工條件，合理運用傳熱學的理論進行導熱，顯得極其重要，不僅可以提高切削加工速率，延長刀具和設(shè)備壽命，還可提高加工件的加工質(zhì)量。 (6) 軍事領(lǐng)域里的機械用到的傳熱知識更是數(shù)不勝數(shù)。從歷史上看，相當多的傳熱技術(shù)是從軍事用途開始發(fā)展并逐步走向完善和大規(guī)模應(yīng)用的。例如戰(zhàn)斗機燃氣渦輪發(fā)動機的技術(shù)參數(shù)一貫代表這一領(lǐng)域的最高水平。再如紅外攝像裝置和傳感器，最早也僅用于軍事目的，像偵察用的夜視儀、導彈的紅外跟蹤尋的裝置等。 (7) 各種材料的熱處理，例如金屬材料的鍛造、鑄造、淬火、退火、回火，還有一些工程塑料的注塑成型等都離不開溫度的控制。機械零件的制造離不開以上的幾種加工處理手段，而以上的加工方法離

13、不開熱工基礎(chǔ)（工程熱力學與傳熱學）。三、真空井式退火爐型號簡介RZJ-60-4型預(yù)抽真空井式退火爐系非標周期作業(yè)爐。主要用于銅包鋁線材、銅包鋁鎂線材等產(chǎn)品在額定350以下真空狀態(tài)中進行無氧退火熱處理加熱。1. 爐罐有效裝料區(qū)尺寸： 1300X1300mm;2. 爐罐最大有效裝料重量： 2000； 3. 額定溫度： 350 ；4. 額定功率： 60kw10;5. 控溫區(qū)數(shù)： 3區(qū)控溫；3區(qū)監(jiān)測6. 控溫精度： 1；（以爐罐為主控）7. 爐罐溫度均勻性： 5；8. 升溫速度：（至350） 空爐 150min;實爐200min；9. 爐罐極限真空度： 10Pa;10.爐罐壓升率： 10Pa/h11.

14、爐體表面溫升： 40：12.控溫方式： PID+可編程結(jié)構(gòu)簡介本系列真空退火爐主要由爐體、加熱元件、爐蓋總成、爐罐、料架、導流筒、冷卻桶、預(yù)抽真空系統(tǒng)、充放氮氣系統(tǒng)及溫度控制系統(tǒng)等部分組成。1、爐體：1）、爐殼：爐殼采用Q235A鋼板和型鋼焊接成圓筒形結(jié)構(gòu)，保證足夠的剛度和強度能承重爐罐而不影響爐襯的穩(wěn)固，側(cè)面鋼板厚度6mm。2）、爐襯： 爐襯爐體部分采用優(yōu)質(zhì)磚纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)形式砌筑而成。爐膛采用高強度輕質(zhì)節(jié)能型耐火磚砌筑，爐膛與爐殼之間的保溫層填充硅酸鋁纖維棉作為保溫材料，保溫節(jié)能絕緣性好，爐殼的表面溫升不超過38，爐底面采用重質(zhì)磚砌筑。該結(jié)構(gòu)型式爐襯低密度低熱容量，大大減少了該爐襯蓄熱量，意

15、味著爐襯吸收熱量少，同功率爐升溫快,節(jié)能顯著等優(yōu)點，爐體外表溫升45。整臺爐子的砌筑嚴格按照國家筑爐標準執(zhí)行。3）、防護圈：在爐口處采用耐熱鋼護圈，以保護爐襯及加熱元件不被頻繁吊出吊入的爐罐撞壞。2、加熱元件：加熱元件采用高溫電熱合金絲（材質(zhì)：0Cr25Al5），繞制成螺旋管狀，置于爐膛周圍擱磚上，用小鉤定位，低表面負荷 (1.4w/cm2)長壽命設(shè)計。電熱元件引出棒局部集中引出，并設(shè)防護罩；加熱元件繞制表面平整光滑,無明顯裂紋和劃傷；3、爐蓋總成：主要由厚板法蘭、耐熱鋼絕熱箱、進氣裝置、轉(zhuǎn)子流量計、排氣裝置、真空充排氣閥、抽空管路、真空壓力表、恒壓裝置、電熱偶、安全閥、密封的均溫用強對流風機

16、、耐熱風扇、導風板等組成。爐蓋上的真空管路、充排氣管路等連接，全部采用真空卡箍連接，方便拆卸與檢修。1）、厚板法蘭蓋板：采用優(yōu)質(zhì)Q235A鋼板制成（厚度25mm），具有高的強度，防止使用時間長后蓋板變形，導致爐子密封性能降低。在靠近密封圈處加水冷套。為提高冷卻效果，降低爐蓋表面升溫，上下同時加水冷套。2）、隔熱包：采用Q345耐熱鋼板焊接制成（厚度5mm），內(nèi)置硅酸鋁纖維毯塞緊。隔熱性能好、隔熱包密封安全可靠。3）、爐蓋風機：風機用電機采用水冷真空密封爐用電機，主軸及葉輪均采用Q345耐熱鋼制成，風扇為大風量離心式風扇。該風機風量大、使用壽命長、轉(zhuǎn)動平穩(wěn)、無噪音。4）、導風板：采用Q345耐熱

17、鋼鋼板焊接制成，厚度6mm，耐高溫、不變形，與導風筒配合能較好實現(xiàn)熱風循環(huán)。5）、在爐蓋上裝有水源分配器和電力分配器。4、爐罐：采用Q345耐熱鋼板密封焊接制成，厚度10mm，爐口采用水冷橡膠密封，連接螺釘采用跌倒式螺釘。在罐身發(fā)蘭下部設(shè)置高度為100mm的冷卻水套。內(nèi)有料架托盤、導流桶。5、料架料盤、導流筒：采用Q345耐熱鋼鋼板焊接制成，導流筒厚度5mm并壓制波紋。爐蓋下端導風板與導流筒配合使用，使爐內(nèi)形成熱風循環(huán)，要求對流循環(huán)流暢、加熱和冷卻均勻、耐高溫、不變形。6、冷卻桶：采用Q235A鋼板和型鋼焊接制成，保證高的強度。桶底配有風機，具有風冷功能，采用兩臺風機螺旋式吹風冷卻、冷卻均勻。

18、風機選用2.2kw，4-68型離心風機，具有較高風壓579pa，每臺風機風量最大可達7245m3/h,具有足夠風冷卻量，能確保冷卻速度的要求，并且風力可調(diào)。裝料架：（參照甲方提供的裝料尺寸制造，材料選用Q345,料盤鋼板厚度（8mm）保證使用壽命2年以上不變形）2套（共2個吊架、20個料盤）7、預(yù)抽真空系統(tǒng)：1）、真空泵：采用2X-70A旋片式真空泵，抽空軟管采用真空膠管。2）、真空度檢測儀：采用數(shù)顯式電阻真空計；3）、真空管路：抽真空接管安裝在爐罐蓋上，高出蓋頂300mm以上，管外設(shè)置冷水套。4）、抽空閥：采用國產(chǎn)名優(yōu)真空電磁閥，能承受正壓而不泄漏，閥的使用壽命保證在兩年以上，且不漏氣。具有

19、真空泵出現(xiàn)故障時，自動關(guān)閉真空閥，以防止真空泵油返回罐內(nèi)的功能。8、充放氮器系統(tǒng)：包括氮氣軟管（耐高溫且在頻繁使用中不會開裂）、轉(zhuǎn)子流量計、安全閥、氮氣充放氣閥、管路、數(shù)顯壓力控制表等構(gòu)成；真空和保護氣氛控制流程：在冷爐狀態(tài)（或爐溫低于200），打開自動運行開關(guān)，真空泵運行，抽空電磁閥將自動關(guān)閉，同時自動打開大流量進氣閥充氮氣，當壓力達到工藝設(shè)定值時，大流量進氣閥自動關(guān)閉，小流量進氣閥自動打開進氣，此時壓力由數(shù)顯壓力控制表控制，達到設(shè)定最大壓力值時，放氣閥自動放氣，放氣至設(shè)定的最小壓力值時，放氣閥關(guān)閉，小流量進氣閥自動打開進氣，如此反復(fù)。此過程自動控制，也可手動控制。1）、氮氣進、排氣管：材料

20、采用0Cr18Ni9不銹鋼管，高出蓋頂300mm以上，管外設(shè)置冷水套。氮氣軟管與管路之間采用快換接頭連接。2）、數(shù)顯壓力控制表：采用日本導電3）、充放氣閥：采用進口電磁閥，壽命保證在兩年以上。9、溫度控制系統(tǒng)：由具有編程功能的溫控儀控制，采用PID編程控制方式，采用罐內(nèi)3區(qū)控溫（采用鎧裝熱電偶精確測溫），爐膛3區(qū)檢測溫度，以保證罐內(nèi)的均溫性，不采用可控硅調(diào)功器而采用移相控制。溫控儀具有故障查詢及報警系統(tǒng)；1）、溫控表：溫控儀表均采用日本導電SRS13型PID智能程序溫控儀；2）、記錄儀：采用重慶橫河川儀AX110-4-3/A1/Z型無紙記錄儀記錄各種工藝參數(shù)、電器參數(shù)，對全過程進行記錄和監(jiān)控，能適時顯示、記錄一個爐罐加熱和另一個爐罐冷卻的溫度曲線，并可儲存、打印；3）、熱電偶：熱電偶采用雙芯“K”分度熱電偶。熱電偶線采